高中第十三章 电磁感应与电磁波初步3 电磁感应现象及应用练习题

第十三章 电磁感应与电磁波初步

13.3  电磁感应现象及应用

知识点01  划时代的发现

1．“电生磁”的发现

1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应．

2．“磁生电”的发现

1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象．

3．电磁感应

法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流．

【即学即练1】首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是(　　)

A．安培和法拉第   B．法拉第和楞次

C．奥斯特和安培   D．奥斯特和法拉第

【答案】D

【解析】1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应；1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，选项D正确．

知识点02  产生感应电流的条件

1．实验：探究感应电流产生的条件

(1)实验一：如图1所示，导体棒AB做切割磁感线运动时，线路中        电流产生，而导体棒AB顺着磁感线运动时，线路中        电流产生．(均选填“有”或“无”)

图1

(2)实验二：如图2所示，当条形磁体插入或拔出线圈时，线圈中        电流产生，但条形磁体在线圈中静止不动时，线圈中        电流产生．(均选填“有”或“无”)

图2

(3)实验三：如图3所示，将小线圈A插入大线圈B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中        电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中        电流通过；而开关S一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中        电流通过．(均选填“有”或“无”)

图3

(4)归纳总结：

实验一中：导体棒做切割磁感线运动，回路的有效面积发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流．

实验二中：磁体插入或拔出线圈时，线圈中的磁场发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流．

实验三中：开关闭合、断开或滑动变阻器的滑动触头移动时，小线圈A中电流变化，从而引起穿过大线圈B的磁通量变化，产生了感应电流．

三个实验共同特点是：产生感应电流时闭合回路的磁通量都发生了变化．

【答案】

　(1)有　无　(2)有　无　(3)有　有　无

【即学即练2】某学生做观察电磁感应现象的实验，将电流计、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路．当他接通、断开开关时，电流计的指针都没有偏转，其原因是(　　)

A．开关位置接错

B．电流计的正、负接线柱接反

C．线圈B的接头3、4接反

D．蓄电池的正、负极接反

【答案】A

【解析】

题图中的开关不能控制含有电源的电路的通断，而本实验的目的是研究在电流通断的瞬间，线圈B中是否产生感应电流，故开关应接在线圈A所在的回路中．

知识点03  电磁感应现象的应用

生产、生活中广泛使用的变压器、电磁炉等都是根据电磁感应制造的．

【即学即练3】(多选)我国已经制定了“嫦娥”登月计划。假如宇航员登月后想探测一下月球表面是否有磁场，他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈，则下列推断不正确的是(　　)

A．直接将电流表放于月球表面，看是否有示数来判断磁场的有无

B．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表无示数，则可判断月球表面无磁场

C．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表有示数，则可判断月球表面有磁场

D．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，如电流表无示数，则可判断月球表面无磁场

【答案】ABD

【解析】直接将电流表放于月球表面，没有闭合回路，就不会产生感应电流，根本不可能判定磁场的有无，A错误；将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，电流表无示数，但若使线圈沿另一方向运动，电流表可能有示数，B错误；如果线圈沿某一方向运动，电流表有示数，则说明月球表面一定有磁场，C正确；将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，但有可能在这个平面内磁感线与闭合回路平行，没有磁感线穿过回路，所以不能断定月球表面有无磁场，D错误。

考法01  磁通量的变化

1．磁感应强度B不变，有效面积S发生变化。如图(a)所示。

2．有效面积S不变，磁感应强度B发生变化。如图(b)所示。

3．磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化。如图(c)所示。

【典例1】如图所示，通电直导线右边有一个矩形线框，线框平面与直导线共面，若使线框逐渐远离(平动)通电导线，则穿过线框的磁通量将(　　)

A．逐渐增大   B．逐渐减小

C．保持不变   D．不能确定

【答案】B

【解析】线框远离导线时，穿过线框的磁感应强度减小，线框的面积不变，所以穿过线框的磁通量减小．

考法02  实验：探究感应电流产生的条件

【典例2】如图为研究电磁感应现象的实验装置．下列哪种情况下电流表指针不会偏转(　　)

A．闭合开关的瞬间

B．闭合开关后，电路中电流稳定时

C．闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片时

D．闭合开关后，把线圈A从线圈B中拉出时

【答案】B

【解析】

　电流表指针不偏转，说明电流表与B线圈组成的电路中无电流，根据感应电流产生的条件，只需要分析B线圈中磁通量是否变化即可．闭合开关时，电路中的电流从无到有，A中的磁场从无到有，故穿过B的磁通量发生变化，电流表中有电流流过；当电路中电流稳定时，穿过B的磁通量不再发生变化，电流表中无电流流过；移动滑动变阻器的滑片时，会造成A中电流大小变化，能引起B的磁通量变化，电流表中有电流流过；把线圈A从线圈B中拉出时，穿过B的磁通量减少，电流表中有电流流过．故只有选项B符合要求．

考法03  产生感应电流的判定

判断是否产生感应电流的技巧

1．电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件，二者缺一不可．

2．磁通量发生变化，其主要内涵体现在“变化”上，磁通量很大，若没有变化，也不会产生感应电流．若开始时磁通量虽然是零，但是磁通量是变化的，仍然可以产生感应电流．

【典例3】(多选)如图所示，正方形线圈处在电流恒定的长直导线形成的磁场中：甲向右平动，乙向下平动，丙绕轴转动(ad边向外)，丁向上平动(丁线圈有个缺口)。则线圈中能产生感应电流的是(　　)

A．甲线圈　　　　　　　 B．乙线圈

C．丙线圈  D．丁线圈

【答案】BC

【解析】线圈向右运动时，虽然做切割磁场感应线运动，但穿过线圈的磁通量没有变化，不会产生感应电流，故A错误；线圈向下运动时，垂直于磁感线做切割磁感线运动，穿过的磁通量减小，因此会产生感应电流，故B正确；线圈绕轴转动，穿过的磁通量发生变化，因此会产生感应电流，故C正确；线圈向上平动的过程中，导致磁通量发生变化，因此线圈产生感应电动势，由于丁线圈中有一个缺口，不是闭合回路，所以不能产生感应电流，故D错误。

题组A  基础过关练

1. 在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是(　　)

A．将绕在条形磁体上的线圈与电流表组成闭合回路，然后观察电流表示数的变化

B．在通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，一段时间后观察电流表示数的变化

C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁体后，再到相邻房间去观察电流表示数的变化

D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表示数的变化

【答案】D

【解析】同时满足电路闭合和穿过电路的磁通量发生变化这两个条件，电路中才会产生感应电流，A、B选项都不会使电路中的磁通量发生变化，并不满足产生感应电流的条件，故A、B错误；条形磁体插入线圈时，虽有短暂电流产生，但未能及时观察，故C错误；在给线圈通电、断电瞬间，会引起穿过另一线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，故D正确．

2. (多选)下图中能产生感应电流的是(　　)

【答案】BD

【解析】A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，通过闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过圆环的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；D选项中，穿过闭合电路的磁通量减小，有感应电流．

3. 如图所示，线圈平面与条形磁铁的轴线垂直，现将线圈沿轴线由A点平移到B点，穿过线圈磁通量的变化情况是(　　)

A．变大  B．先变大，后变小

C．不变  D．变小

【答案】D

【解析】

线圈在N极和S极附近时，磁场较强，磁感线较密，穿过线圈的磁感线较多，磁通量较大，而远离条形磁铁磁极时，磁场变弱，磁感线较疏，穿过线圈的磁通量较小。故线圈在A处的磁通量比较大。线圈从A到B的过程中磁通量逐渐减小，D正确。

4. (多选)闭合线圈按如图所示的方式在磁场中运动，则穿过闭合线圈的磁通量发生变化的是(　　)

【答案】AB

【解析】A图中，图示状态Φ＝0，转动过程中Φ不断变化，因此磁通量发生变化；B图中线圈离直导线越远磁场越弱，磁感线越稀，所以当线圈远离导线时，线圈中磁通量不断变小；C图中线圈中的磁通量为零，在向下移动过程中，线圈的磁通量一直为零，磁通量不变；D图中，随着线圈的转动，B与S都不变，B又垂直于S，所以Φ＝BS始终不变，故A、B正确．

5. 如图所示，在同一平面内有四根彼此绝缘的直导线，分别通有大小相同、方向如图所示的电流，要使由四根直导线所围成的面积内的磁通量增加，则应切断哪一根导线中的电流(　　)

A．切断i1   B．切断i2

C．切断i3   D．切断i4

【答案】D

【解析】根据安培定则判断出四根通电直导线中电流在所围面积内的磁场方向，可知只有i4中电流产生的磁场垂直于纸面向外，则要使磁通量增加，应切断i4.

6. 如图甲所示为法拉第在研究电磁感应时用过的线圈，其工作原理如图乙所示，则实验中不会使电流表指针发生偏转的是(　　)

A．保持开关闭合

B．开关闭合瞬间

C．开关断开瞬间

D．移动滑动变阻器滑片

【答案】A

【解析】开关闭合状态下，线圈中电流恒定，穿过线圈的磁通量不发生变化，没有感应电流，电流表指针不会发生偏转，故A正确；当开关闭合的瞬间、开关断开的瞬间或者移动滑动变阻器滑片时，线圈中磁通量发生变化，产生感应电流，指针发生偏转，故B、C、D错误．

7. (多选)如图所示，电流表与螺线管组成闭合电路，以下能使电流表指针偏转的是(　　)

A．将磁铁插入螺线管的过程中

B．磁铁放在螺线管中不动时

C．将磁铁从螺线管中向上抽出的过程中

D．磁铁静止而将螺线管向上移动

【答案】ACD

【解析】只要螺线管中的磁通量发生变化，回路中有感应电流，指针便会偏转；只要螺线管中的磁通量不发生变化，回路中无感应电流，指针便不会偏转。在磁铁插入、抽出过程中螺线管中的磁通量均发生变化，能产生感应电流，电流表指针偏转，A、C正确；磁铁放在螺线管中不动时，螺线管中的磁通量不发生变化，无感应电流产生，B错误；由于磁铁静止而螺线管向上移动，螺线管中的磁通量发生变化，有感应电流产生，电流表指针偏转，D正确。

8. 在研究电磁感应现象的实验中所用的器材如图所示。它们是： ①电流计、②直流电源、③带铁芯(图中未画出)的线圈A、④线圈B、⑤开关、⑥滑动变阻器

(1)试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线)。

(2)实验表明，当穿过闭合回路的________发生变化时，闭合电路中就会有电流产生。

(3)怎样才能使线圈B中有感应电流产生？试列举出两种方法：①_____________________________________________________；

②______________________________________________________。

【答案】　(1)如解析图所示

(2)磁通量　(3)①断开或闭合开关　②闭合开关后移动滑动变阻器的滑片

【解析】

 (1)实物连线如图：

(2)实验表明，当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，闭合电路中就会有电流产生。

(3)使线圈B中有感应电流产生的两种方法：①断开或闭合开关；②闭合开关后移动滑动变阻器的滑片。

题组B  能力提升练

9. 某实验装置如图所示，在铁芯P上绕有两个线圈A和B，如果线圈A中电流i与时间t的关系有甲、乙、丙、丁四种情况，如图所示，则在t1～t2这段时间内，能在线圈B中产生感应电流的是(　　)

A．甲　　　　　　　　　 B．乙

C．丙  D．丁

【答案】BCD

【解析】

　根据产生感应电流的条件，即线圈磁通量发生变化。A中电流不变，即线圈A中产生磁场的磁感应强度不变，线圈B中不会产生感应电流；B、C、D中电流发生改变，B、C、D中产生磁场的磁感应强度发生变化，线圈B中产生感应电流，B、C、D正确。

10. 如图所示，固定的长直导线中通有恒定电流，一矩形线框从abcd位置向右平移到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量变化情况，下列叙述正确的是 (线框平行于纸面且与导线相互绝缘)(　　)

A．一直增加

B．一直减少

C．先增加后减少

D．先增加，再减少到零，然后再增加，最后再减少

【答案】D

【解析】离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右平移时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右平移，磁通量增大，当线框离开导线向右平移的过程中，磁通量减小，故D正确．

11. 如图所示，一通电螺线管b放在闭合金属线圈a内，螺线管的中心线恰好和线圈的一条直径MN重合．要使线圈a中产生感应电流，可采用的方法有(　　)

A．使螺线管在线圈a所在平面内转动

B．使螺线管中的电流发生变化

C．使线圈a以MN为轴转动

D．使线圈a以与MN垂直的直径为轴转动

【答案】D

【解析】题图所示位置，线圈a所在平面与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为零，当按A、B、C所述方式变化时，磁通量不变，不产生感应电流；按D所述方式变化时，由于线圈a与磁场夹角变化引起磁通量变化，能够产生感应电流，故选D.

12. (多选)如图所示，在“口”字形闭合铁芯上绕有一组线圈，线圈与滑动变阻器、电池、开关构成闭合电路，a、b、c、d四个闭合金属圆环套在铁芯上．假定线圈产生

的磁感线全部集中在铁芯内，当滑动变阻器的滑片左右滑动时，能产生感应电流的圆环是(　　)

A．a环   B．b环

C．c环   D．d环

【答案】A

【解析】滑动变阻器的滑片滑动时，线圈产生的磁场的磁感应强度发生变化，a、c、d环内的磁通量发生变化，产生感应电流，而穿过b环的正、负磁通量相互抵消，净磁通量始终为零，故没有感应电流产生，A、C、D正确，B错误．CD

13. 如图所示，这是三个成功的演示实验，回答下列问题。

(1)在实验中，电流表指针偏转的原因是______________________________。

(2)第一个成功实验(如图a)中，将条形磁铁从同一高度插入到线圈中同一位置，快速插入和缓慢插入有什么量是相同的？______________，什么量是不同的？______________。

(3)从三个成功的演示实验可归纳出的结论是：_____________________

______________________________________________________________。

【答案】 (1)穿过闭合线圈的磁通量发生变化　(2)磁通量的变化量　磁通量的变化率　(3)只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生

【解析】

 (1)当磁通量发生变化，会产生感应电流，电流表指针发生偏转。

(2)第一个成功实验(图a)中，将条形磁铁从同一高度插入线圈中，快速插入和慢速插入过程中，磁通量的变化量相同，磁通量的变化率不同。

(3)由图示实验可知，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。

题组C  培优拔尖练

14. 如图所示，一有界匀强磁场，宽度为d，使一边长为l的正方形导线框以速度v向右匀速通过磁场区域，若d＞l，则导线框通过磁场过程中，导线框中不产生感应电流的时间应等于(　　)

A.  B.  C.  D.

【答案】C

【解析】当导线框刚好完全进入磁场时至导线框刚好要出磁场时，穿过导线框的磁通量不发生变化，导线框中不会产生感应电流，对应的位移为d－l，所以时间为t＝，选项C正确．

15. 如图所示，边长为l的正方形导线框匀速地从磁场左边穿过磁场运动到磁场右边，磁场的宽度为d，线框的速度为v。若l＜d，则线框中存在感应电流的时间为(　　)

A.  B.

C.  D.

【答案】B

【解析】导线框进入磁场与出磁场时有感应电流，完全在磁场中时，导线框不产生感应电流，产生感应电流的路程s＝2l，则线框中存在感应电流的时间：t＝，故B正确。